[发明专利]一种低成本氮化硅陶瓷的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料技术领域，具体涉及一种低成本生产氮化硅陶瓷的方法。

背景技术

作为高温结构陶瓷重要成员之一的氮化硅陶瓷，较其它高温结构陶瓷如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等更具有优异的力学性能、热学性能、化学稳定性及抗有色金属熔体侵蚀性，被认为是高温结构陶瓷中最有发展潜力的材料。

制备氮化硅陶瓷通常有反应烧结、无压烧结、气压烧结和热压烧结等方法，其中热压烧结致密化程度高，力学性能好，可靠性高。由于氮化硅陶瓷为共价键化合物，烧结时致密化程度低，提高氮化硅陶瓷的密度及改进力学性能成为陶瓷工作者的研究热点，通常加含稀土氧化钇的烧结助剂，但氧化钇价格昂贵，增加了成本，对于氮化硅陶瓷的应用不利。为此选用合适的烧结助剂对氮化硅陶瓷的发展至关重要。通常含稀土氧化钇的烧结助剂的烧成温度大于1750℃，温度高，能耗大。通过调整烧结助剂，降低烧结温度，可进一步降低生产成本。

经对现有技术的文献检索发现，刘晓光等在《稀有金属材料与工程》(2007年，36卷增刊，第369-372页)发表了“热压烧结Si₃N₄-Y₂O₃-La₂O₃陶瓷材料的研究”，具体方法为：采用Y₂O₃和La₂O₃作为烧结助剂，烧结温度1820℃，保温时间4h，压力21950N。该方法的不足之处在于：使用了昂贵的稀土氧化物Y₂O₃和La₂O₃作为烧结助剂，且烧成温度高，成本较高。经文献检索还发现，公开号为CN85100510的中国专利公开了一种添加氧化钇、氧化镧和氧化铝作为烧结助剂，优先推荐的烧结温度为1750～1840℃，采用热压烧结工艺制备氮化硅陶瓷的方法。该方法仍然采用含氧化钇的烧结助剂，温度依然较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生产方法简单，成本低的热压烧结生产氮化硅陶瓷的方法。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种热压烧结生产氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述氮化硅陶瓷原材料各组分及质量百分比含量为：独居石6～9％，氮化硅91％～94％。上述各组分的成分分别为：独居石中氧化铈和氧化镧质量百分比含量大于65％，氮化硅中α相氮化硅质量百分比含量大于94％。上述各组分的粒径分别为：独居石1～5μm，氮化硅0.4～0.7μm，将上述各组分混合制坯，将所得坯体在氮气氛围下热压烧结。

烧结温度为1600～1650℃，保温时间1～1.5h，压力12MPa。

由于本发明以独居石作为添加剂，烧结温度较低，降低了生产成本。本发明生产的氮化硅陶瓷致密程度高，力学性能好。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

各组分及质量百分比含量为：独居石8％，氮化硅92％，各组分的粒径分别为：独居石1～5μm，氮化硅0.4～0.7μm，烧结温度1600℃，保温时间1h，压力12MPa。

本实施例得到的氮化硅陶瓷的体积密度为3.25g/cm³，抗折强度为770MPa。

实施例2：

各组分及质量百分比含量为：独居石6％，氮化硅93％，各组分的粒径分别为：独居石1～5μm，氮化硅0.4～0.7μm，烧结温度1650℃，保温时间1.5h，压力12MPa。

本实施例得到的氮化硅陶瓷的体积密度为3.21g/cm³，抗折强度为750MPa。

实施例3：

各组分及质量百分比含量为：独居石9％，氮化硅91％，各组分的粒径分别为：独居石1～5μm，氮化硅04～0.7μm，烧结温度1600℃，保温时间1h，压力12MPa。

本实施例得到的氮化硅陶瓷的体积密度为3.27g/cm³，抗折强度为780MPa。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。